JP2005300022A

JP2005300022A - 固形燃料の燃焼装置

Info

Publication number: JP2005300022A
Application number: JP2004117257A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiro Kiyono; 勝博清野; Yoshiaki Takeuchi; 祥晃竹内; Noboru Sugawara; 登菅原
Original assignee: HOKKAIDO FUJI DENKI KK; OLYMPIA KOGYO KK; Narasaki Seisakusyo Co Ltd
Current assignee: HOKKAIDO FUJI DENKI KK; OLYMPIA KOGYO KK; Narasaki Seisakusyo Co Ltd
Priority date: 2004-04-12
Filing date: 2004-04-12
Publication date: 2005-10-27

Abstract

【課題】安定した燃焼層が形成され、燃焼効率が向上するとともに、燃料の自動供給により自動化された固形燃料の燃焼装置を提供する。
【解決手段】炉床３に炉筒１内に通ずる鉛直方向の１次空気噴出孔６を複数個形成し、この１次空気噴出孔６から、炉筒１内に１次空気を噴出させるブロワ７を設け、炉床３の中央部に、上下方向を向き、上部が炉筒１内に開口する灰出し用円筒体５を設け、炉筒１の側壁に、炉筒１の内周のほぼ接線方向を向くように２次空気噴出孔１０を複数個形成し、この２次空気噴出孔１０から、炉筒１内に２次空気を噴出させて、旋回流を生じさせるブロワ１２を設けて、ボイラＡを構成し、主ホッパ１７の底部にスクリューフィーダ１８を配置し、このスクリューフィーダ１８に対して接近・後退するように駆動され、接近時に主ホッパ１７内の固形燃料をスクリューフィーダ１８上に集める掻き取り手段２６、２７を主ホッパ１７内に設けて、供給装置Ｂを構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、木質バイオマス等の固形燃料を燃焼させる固形燃料の燃焼装置に関する。

従来、石炭、廃油、製紙スラッジ等の燃料を燃焼させるため、これらの燃料に流動砂を混合して燃焼炉に供給し、燃焼炉の底部で流動床を形成し、燃焼炉内に空気を供給しつつ燃焼させる流動床燃焼装置がある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−３２９２１４号公報

近来、木材の廃材、残材等の木質バイオマスからペレットを作り、これを給湯や暖房用の燃料として使用することが知られているが、従来の燃焼装置は、燃焼効率が低く、燃焼で生じる灰分の処理が煩雑であり、かつ、燃焼装置の構造が複雑で保全に手間がかかる等の問題があり、広く普及するに至っていない。

木質ペレットのような固形燃料の場合、油、ガス等の流体燃料に比して、着火して燃焼開始するまでに大量の熱および時間が必要となるとともに、安定燃焼に入るまでに多量の煙が発生しやすい。また、連続燃焼時でも、燃料の積層状態によっては、安定した燃焼層ができず、煙の発生や火の粉の飛散が生じやすいという問題がある。

上記の特許文献１に記載されている燃焼装置は、燃焼効率を高めるため、固形燃料に流動砂を混合して燃焼炉の底部で流動床を形成するとともに、燃焼炉内に１〜４次の空気を供給しつつ燃焼させるようにしている。この装置では、燃焼のための空気は４次まで供給されるが、燃料は燃焼室内で堆積したまま動かないため、安定した燃焼層ができず、充分な燃焼ができないという問題は解消されない。
また、木質ペレットのような固形燃料は、流動体と異なり、円滑に流れないため、自動供給が困難であり、手作業でボイラに投入することが多く、燃焼装置の自動化が困難であるという問題もあった。

本発明は、従来の技術が有する上記のような問題点に鑑み、安定した燃焼層が形成され、燃焼効率が向上するとともに、燃料の自動供給により自動化された固形燃料の燃焼装置を提供することを目的としている。

本発明によると、上記課題は、次のようにして解決される。
(１)固形燃料を燃焼させるボイラと、このボイラに燃料を自動供給する燃料供給装置とよりなる固形燃料の燃焼装置において、炉床に炉筒内に通ずる鉛直方向の１次空気噴出孔を複数個形成し、この１次空気噴出孔から、前記炉筒内に１次空気を噴出させるブロワを設け、前記炉床の中央部に、上下方向を向き、上部が前記炉筒内に開口する灰出し用円筒体を設け、前記炉筒の側壁に、炉筒の内周のほぼ接線方向を向くように２次空気噴出孔を複数個形成し、この２次空気噴出孔から、炉筒内に２次空気を噴出させて、旋回流を生じさせるブロワを設けて、前記ボイラを構成し、主ホッパの底部にスクリューフィーダを配置し、このスクリューフィーダに対して接近・後退するように駆動され、接近時に前記主ホッパ内の固形燃料を前記スクリューフィーダ上に集める掻き取り手段を前記主ホッパ内に設けて、前記燃料供給装置を構成する。

(２)上記(１)項において、炉筒内に、固形燃料を堆積するロストルを炉床の上方に位置して設ける。

(３)上記(１)または(２)項において、炉筒への燃料供給口を炉筒の円周部に連結する。

(４)上記(３)項において、炉筒への着火バーナ噴射口を、燃料供給口の下部に位置する炉筒の円周部に連結する。

(５)上記(４)項において、炉筒に連結された燃料供給口と着火バーナ噴射口との間に固形燃料のガイドプレートを設ける。

(６)上記(１)〜(５)項のいずれかにおいて、炉筒上に水を加熱する熱交換器を設け、この熱交換器に炉筒からの排ガスを吸引してダストを分離捕集するサイクロン除塵機を連結する。

(７)上記(１)〜(６)項のいずれかにおいて、上記(１)項において、燃料供給装置を、主ホッパおよびこの主ホッパに取付けられた第１スクリューフィーダからなる第１段供給部と、炉筒に連結した第２スクリューフィーダ、およびこの第２スクリューフィーダに取付けられ、前記第１スクリューフィーダに非接触の位置でこの第１スクリューフィーダから落下する固形燃料を受ける第２ホッパからなる第２段供給部とで構成する。

(８)上記(１)〜(６)項のいずれかにおいて、燃料供給装置を、主ホッパおよびこの主ホッパに取付けられた第１スクリューフィーダからなる第１段供給部と、炉筒に連結したエア搬送フィーダ、およびこのエア搬送フィーダに取付けられ、前記第１スクリューフィーダに非接触の位置でこの第１スクリューフィーダから落下する固形燃料を受ける第２ホッパからなる第２段供給部とで構成する。

(９)上記(７)または(８)項において、第１段供給部と第２段供給部との間に、燃料の乾燥手段を設ける。

(10)上記(７)または(８)項において、第１段供給部と第２段供給部との間に、燃料の破砕手段を設ける。

(11)上記(１)〜(10)項のいずれかにおいて、主ホッパに設けられた掻き取り手段を、前記主ホッパの底部に配置された第１スクリューフィーダと直交する方向に往復運動するシリンダのピストンロッドに取付けられた取付板と、この取付板に直交する向きに取付けられ、前縁に傾斜面が形成された掻き取り刃とで構成する。

(ａ)請求項１記載の発明によると、１次空気噴出孔からの空気により燃料浮遊層が形成され、２次空気噴出孔からの２次空気により旋回流を生じさせつつ固形燃料を燃焼させることができ、これにより、燃焼時における灰分堆積を最小にすることができ、燃え切るまで完全に燃焼されるとともに、残留灰分からクリンカーが生成するのを抑制することができる。また、燃料供給装置の主ホッパ内の固形燃料を、掻き取り手段によりスクリューフィーダ上に集めるので、流動しにくい固形燃料を確実にスクリューフィーダ上に集めてボイラに自動供給することができ、これにより、燃料供給が自動化された燃焼装置が得られる。

(ｂ)請求項２記載の発明によると、炉床の上方に、固形燃料を堆積するロストルを設けたので、１次、２次燃焼ともに燃料はロストル上で動きながら、最適の比率で燃焼空気と混合されて、余分な灰分の残留がない完全燃焼が行われる。

(ｃ)請求項３記載の発明によると、炉筒への燃料供給口を炉筒の円周部に連結したので、燃料を炉筒内に直接送込むことができる。

(ｄ)請求項４記載の発明によると、炉筒への着火バーナ噴射口を、燃料供給口の下部に位置する炉筒の円周部に連結したので、炉筒内の燃料に直接着火することができる。

(ｅ)請求項５記載の発明によると、燃料供給口と着火バーナとの間に固形燃料のガイドプレートを設けたので、燃料を着火バーナの前部に効率よくガイドすることができる。

(ｆ)請求項６記載の発明によると、炉筒上の熱交換器にサイクロン除塵機を取付けたので、炉筒内からの排ガスを吸引してダストを分離捕集することができる。

(ｇ)請求項７記載の発明によると、供給装置を、第１段供給部と、これと非接触の第２段供給部とで構成したので、ボイラの熱が第１段供給部に伝達されることが防止できる。

(ｈ)請求項８記載の発明によると、第２段供給部のフィーダをエア搬送フィーダとしたので、燃料供給と同時にエアを炉筒に吹き込むことができ、これにより、エア搬送フィーダへの逆着火が防止できる。

(ｉ)請求項９記載の発明によると、第１段供給部と第２段供給部との間に、燃料の乾燥手段を設けたので、燃料を乾燥状態でボイラに供給することができ、燃焼効率を高めることができる。

(ｊ)請求項１０記載の発明によると、第１段供給部と第２段供給部との間に、燃料の破砕手段を設けたので、燃料を破砕状態でボイラに供給することができ、燃焼効率を高めることができる。

(ｋ)請求項１１記載の発明によると、シリンダにより掻き取り刃が第１スクリューフィーダに対して往復運動し、燃料を第１スクリューフィーダ上に確実に集めることができるとともに、掻き取り刃の前縁に傾斜面が形成されているので、掻き取り刃は固形燃料の間を円滑に移動することができる。

以下、本発明の実施形態を図面とともに説明する。
図１は、本発明の燃焼装置の一実施形態を示す縦断側面図、図２は図１のII-II線断面図である。

両図に示すように、この燃焼装置は、ボイラ(Ａ)と、燃料供給装置(Ｂ)とで構成されている。
ボイラ(Ａ)は、炉筒(１)と、炉筒(１)の外側に取り付けられた外ケース(２)とを備えている。炉筒(１)は、上下方向を向く円筒形状のもので、底部には中心に向かって下り傾斜をなす漏斗状の炉床(３)が設けられている。この炉床(３)の上部に近接してロストル(４)が設けられている。炉床(３)の中央に、上部がロストル(４)の上方に突出する灰出し用円筒体(５)が取付けられている。

炉床(３)には、多数の上下方向を向く１次空気噴出孔(６)が形成されている。外ケース(２)の下部には、１次空気用のブロワ(７)が設けられ、このブロワ(７)から炉床(３)の下部の空間部(８)に空気が供給され、この空気は１次空気噴出孔(６)から炉筒(１)内に鉛直方向に噴出するようになっている。

炉筒(１)の側壁(９)には、横方向を向く複数の２次空気噴出孔(10)が形成されている。図３に示すように、この２次空気噴出孔(10)は、炉筒(１)の中心に向く水平なライン(L1)から所定の角度(θ)だけ側方に傾斜したライン(L2)の方向を向くように形成されている。この２次空気噴出孔(10)の向きは、孔出口(10a)を通る炉筒内周の接線(L3)に近づくように、角度(θ)をできるだけ大きくすることが好ましい。

外ケース(２)には、２次空気噴出孔(10)に対向する位置に環状の凹部(11)が形成され、この凹部(11)に連通する２次空気送風用のブロワ(12)が外ケース(２)に取り付けられている。このブロワ(12)から凹部(11)に空気が供給され、この空気が２次空気噴出孔(10)から炉筒内に、図２に矢印(13)で示すように噴出し、炉筒(１)内で空気を旋回させるようになっている。

炉筒(１)の円周部には、ロストル(５)の上方に位置する着火バーナ(14)が取付けられ、燃料タンク(15)から供給される液体燃料をこの着火バーナ(14)で空気と混合し、着火するようになっている。

ボイラ(Ａ)に木質ペレット等の固形燃料を供給するための燃料供給装置(Ｂ)が炉筒(１)に連設されている。燃料供給装置(Ｂ)は、第１段供給部(16a)と、この第１段供給部(16a)に機械的に非接触の状態で連設され、炉筒(１)の円周部に取付けられた第２段供給部(16b)とで構成されている。第１段供給部(16a)は、固形燃料を収容する主ホッパ(17)と、主ホッパ(17)に取付けられた第１スクリューフィーダ(18)と、この主ホッパ(17)に取付けられたスクリュー駆動用の減速機付きモータ(19)とを備え、第２段供給部(16b)は、炉筒(１)に取付けられた第２スクリューフィーダ(20)と、この第２スクリューフィーダ(20)の後端部に取付けられた第２ホッパ(21)と、この第２ホッパ(21)に取付けられたスクリュー駆動用の減速機付きモータ(22)とを備えている。第１スクリューフィーダ(18)の先端は、第２ホッパ(21)上に臨んでいる。
第２スクリューフィーダ(20)の供給口の下部には、着火バーナ(14)の前部に燃料をガイドするガイドプレート(5３)が設けられている。

図４は、第１段供給部の主ホッパの縦断側面図、図５は、同じく、平面図である。
主ホッパ(17)の底部に取付けられた第１スクリューフィーダ(18)は、外筒(18a)と、その内部に嵌挿されたスクリュー(18b)とからなり、主ホッパ(17)内においては、スクリュー(18b)の全体または少なくとも上半分はむき出しの状態で配置されている。

主ホッパ(17)の下部には、スクリュー(18b)と直交する方向に、エアまたは油圧等のシリンダ(23)のピストンロッド(24)が配置され、このピストンロッド(24)に、先端が傾斜面(25a)となった取付板(25)が取付けられている。この取付板(25)の下面には、取付板(25)と直交する向きに、先端縁に傾斜面(26a)(27a)を有する２枚の掻き取り刃(26)(27)が取付けられている。

再び、図１において、炉筒(１)の上部には煙管式の熱交換器(28)が設けられている。この熱交換器(28)の給水口(29)には、貯湯槽(30)からポンプ(31)、流量計(32)、および温度計(33)を介して水が供給され、熱交換器(28)で暖められた湯が給湯出口(34)から温度計(35)を介して貯湯槽(30)に戻されるようになっている。熱交換器(28)の上部にはサイクロン式の除塵機(36)が連設されている。

次に、この装置の動作を説明する。
第１段供給部(16a)および第２段供給部(16b)の減速機付きモータ(19)(22)を駆動し、かつ、シリンダ(23)のピストンロッド(24)を往復動させる。主ホッパ(17)内に、木質ペレット等の固形燃料を投入すると、固形燃料は掻き取り刃(26)(27)により掻き取られてスクリュー(18a)上に集められ、回転するスクリュー(18a)により搬送されて、第２段供給部(16b)の第２ホッパ(21)に落下する。第２ホッパ(21)の固形燃料は、第２スクリューフィーダ(20)により炉筒(１)内に供給され、供給された固形燃料(37)は、ロストル(５)上に送られて堆積される。

燃料タンク(15)の液体燃料を着火バーナ(14)で空気と混合しつつ炉筒(１)内に供給しつつ着火し、堆積された固形燃料(37)に着火する。なお、液体燃料は、着火時のみ使用し、着火後は供給停止する。

ブロワ(７)を駆動することにより、１次空気噴出孔(６)から空気が炉筒(１)内に鉛直方向に噴出され、固形燃料(37)を浮遊させて燃料浮遊層を形成しつつ燃焼が行われる（１次燃焼）。さらに、ブロワ(12)を駆動することにより、２次空気噴出孔(10)から空気が炉筒(１)内に噴出され、これにより、炉筒(１)内で空気が旋回し、固形燃料は炉筒(１)内で旋回しつつ燃焼する（２次燃焼）。燃焼により発生した灰は、旋回により中心に集まり、灰出し用円筒体(５)から落下し、下部の灰出口(38)から外部に排出される。

上記のように、ロストル(５)上の燃料浮遊層による１次燃焼と、上部の旋回層による２次燃焼により、固形燃料（木質ペレット）は動きながら燃焼され、燃焼時に適当な比率で燃焼空気を配分でき、燃料の完全燃焼が図られるとともに、余分な灰分の残留防止が可能となり、残留灰分から発生するクリンカーを抑制することができる。

固形燃料の燃焼による熱により、給水口(29)から給水された水が熱交換器(28)で暖められて、給湯出口(34)から貯湯槽(30)に戻される。このように、熱交換器(28)を設けることにより、小型の木質燃料ボイラが得られる。熱交換器(28)の上部から出る排出ガスは、サイクロン除塵機(36)に入ってダストが分離捕集され、クリーンになった排ガスは煙突(39)から排出される。

上記したような、燃料供給装置(Ｂ)による燃料供給、着火バーナ(14)による着火、燃焼、消火等の操作は制御装置（図示せず）により自動制御することができる。
第２スクリューフィーダ(20)に代えて、エアにより固形燃料を搬送するエア搬送フィーダを使用することも可能である。エア搬送フィーダを使用すると、燃料搬送と同時にエアが噴出されるので、この噴出エアでエア搬送フィーダへの逆着火が防止される。

図６は、本発明の第２実施形態を示すシステム構成図である。
同図に示すように、第２実施形態では、第１段供給部(16a)と第２段供給部(16b)との間に燃料乾燥装置(40)および燃料破砕装置(41)を設けたものである。

燃料乾燥装置(40)は、モータ(42)および歯車(43)により回転するドラム(44)と、このドラム(44)に設けられたホッパ(45)と、ドラム(44)内に熱風を吹き込むブロワ(46)とを備えている。第１段供給部(16a)から供給されてきた固形燃料は、ホッパ(45)から回転するドラム(44)に送られ、ブロワ(46)からの熱風で乾燥された状態で供給口(47)から落下するようになっている。ドラム(44)で発生するガスは排気口(52)から排気される。

燃料破砕装置(41)は、モータ(48)によりドラム(49)内で回転する破砕刃(50)を備えており、燃料乾燥装置(40)から落下してきた固形燃料を回転する破砕刃(50)で細かく砕き、砕かれた燃料をドラム(41)の底部の孔(51)から第２段供給部(16b)のホッパ(21)に供給し、スクリューフィーダ(20)からボイラ(Ａ)の炉筒(１)内に供給する。

上記第２実施形態では、燃料乾燥装置(40)で乾燥され、燃料破砕装置(41)で細かく破砕された固形燃料がボイラ(Ａ)に供給されるので、燃焼効率をより向上させることができる。
固形燃料としては、木質ペレットのほか、木炭、石炭、木くず等、あらゆる固形燃料に適用可能である。
なお、第２ホッパ(20)の燃料供給口と着火バーナ(14)の噴射口との間に固形燃料のガイドプレート(52)を設けると、固形燃料(37)を着火バーナ(14)の噴射口に効率よくガイドすることができる。

本発明の燃焼装置の一実施形態を示す縦断側面図である。同じく、図１のII-II線断面図である。同じく、２次空気噴出孔の説明図である。主ホッパの縦断側面図である。主ホッパの平面図である。本発明の第２実施形態を示すシステム構成図である。

符号の説明

(１)炉筒
(２)外ケース
(３)炉床
(４)ロストル
(５)灰出し用円筒体
(６)１次空気噴出孔
(７)１次空気用のブロワ
(８)空間部
(９)側壁
(10)２次空気噴出孔
(10a)孔出口
(11)凹部
(12)ブロワ
(13)矢印
(14)着火バーナ
(15)燃料タンク
(16)燃料供給装置
(16a)第１段供給部
(16b)第２段供給部
(17)主ホッパ
(18)第１スクリューフィーダ
(19)減速機付きモータ
(20)第２スクリューフィーダ
(21)第２ホッパ
(22)減速機付きモータ
(23)エアシリンダ
(24)ピストンロッド
(25)取付板
(26)(27)掻き取り刃
(28)熱交換器
(29)給水口
(30)貯湯槽
(31)ポンプ
(32)流量計
(33)温度計
(34)給湯出口
(35)温度計
(36)除塵機
(37)固形燃料
(38)灰出口
(39)煙突
(40)燃料乾燥装置
(41)燃料破砕装置
(42)モータ
(43)歯車
(44)ドラム
(45)ホッパ
(46)ブロワ
(47)供給口
(48)モータ
(49)ドラム
(50)破砕刃
(51)孔
(52) 排気口
(53)ガイドプレート
(Ａ)ボイラ
(Ｂ)燃料供給装置

Claims

固形燃料を燃焼させるボイラと、このボイラに燃料を自動供給する燃料供給装置とよりなる固形燃料の燃焼装置において、
炉床に炉筒内に通ずる鉛直方向の１次空気噴出孔を複数個形成し、この１次空気噴出孔から、前記炉筒内に１次空気を噴出させるブロワを設け、前記炉床の中央部に、上下方向を向き、上部が前記炉筒内に開口する灰出し用円筒体を設け、前記炉筒の側壁に、炉筒の内周のほぼ接線方向を向くように２次空気噴出孔を複数個形成し、この２次空気噴出孔から、炉筒内に２次空気を噴出させて、旋回流を生じさせるブロワを設けて、前記ボイラを構成し、
主ホッパの底部にスクリューフィーダを配置し、このスクリューフィーダに対して接近・後退するように駆動され、接近時に前記主ホッパ内の固形燃料を前記スクリューフィーダ上に集める掻き取り手段を前記主ホッパ内に設けて、前記燃料供給装置を構成したことを特徴とする固形燃料の燃焼装置。
炉筒内に、固形燃料を堆積するロストルを炉床の上方に位置して設けたことを特徴とする請求項１記載の固形燃料の燃焼装置。
炉筒への燃料供給口を炉筒の円周部に連結したことを特徴とする請求項１または２記載の固形燃料の燃焼装置。
炉筒への着火バーナ噴射口を、燃料供給口の下部に位置する炉筒の円周部に連結したことを特徴とする請求項３記載の固形燃料の燃焼装置。
炉筒に連結された燃料供給口と着火バーナ噴射口との間に固形燃料のガイドプレートを設けたことを特徴とする請求項４記載の固形燃料の燃焼装置。
炉筒上に水を加熱する熱交換器を設け、この熱交換器に炉筒からの排ガスを吸引してダストを分離捕集するサイクロン除塵機を連結したことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の固形燃料の燃焼装置。
燃料供給装置を、主ホッパおよびこの主ホッパに取付けられた第１スクリューフィーダからなる第１段供給部と、炉筒に連結した第２スクリューフィーダ、およびこの第２スクリューフィーダに取付けられ、前記第１スクリューフィーダに非接触の位置でこの第１スクリューフィーダから落下する固形燃料を受ける第２ホッパからなる第２段供給部とで構成したことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の固形燃料の燃焼装置。
燃料供給装置を、主ホッパおよびこの主ホッパに取付けられた第１スクリューフィーダからなる第１段供給部と、炉筒に連結したエア搬送フィーダ、およびこのエア搬送フィーダに取付けられ、前記第１スクリューフィーダに非接触の位置でこの第１スクリューフィーダから落下する固形燃料を受ける第２ホッパからなる第２段供給部とで構成したことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の固形燃料の燃焼装置。
第１段供給部と第２段供給部との間に、燃料の乾燥手段を設けたことを特徴とする請求項７または８記載の固形燃料の燃焼装置。
第１段供給部と第２段供給部との間に、燃料の破砕手段を設けたことを特徴とする請求項７または８記載の固形燃料の燃焼装置。
主ホッパに設けられた掻き取り手段を、前記主ホッパの底部に配置された第１スクリューフィーダと直交する方向に往復運動するシリンダのピストンロッドに取付けられた取付板と、この取付板に直交する向きに取付けられ、前縁に傾斜面が形成された掻き取り刃とで構成したことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の固形燃料の燃焼装置。